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局放检测中传感器的安装位置:对信号幅值与定位结果的影响

来源:北京康高特仪器设备有限公司 发布时间:2026-09-28 09:14:50 作者: 浏览次数:6112次 分类:技术文章

文章概述: 局放检测中,传感器装在哪里,测得的便是哪条耦合路径上的信号。位置决定了幅值的高低,也决定了定位基准的准头,这两件事都不会在仪器屏幕上自动提示。 本文按两条主线展开。幅值方面,讲清传播衰减、阻抗不连续处的反射、屏蔽及接地状态三条机理,并给出分贝换算尺:6 dB 折合 2 倍,12 dB 折合 4 倍,20 dB 折合 10 倍。定位方面,区分空间阵列的基线误差、相位基准及同步、电缆终端传感器位置引入的固定偏差三种机制,并给出接地引下线每多 1 米、定位约偏 0.5 米的换算关系。位置装错引入的偏差是常数项,不会被精度指标覆盖。 标准部分,逐条列出 GB/T 42287-2022、GB/T 7354-2018、DL/T 846.4-2016、DL/T 417-2019 的适用口径,并说明 DL/T 1498.4-2025 规范的对象是在线监测装置,不宜拿它给便携式局放检测仪背书。 产品对照部分,给出金吒手持式多功能局放测试仪各路频段与动态范围、同步方式,孟德超低频局放测试仪的局放量程与定位精度,并说明子龙官网未公开数值参数、须以厂商规格书为准,北京康高特(KGT)代理的 IPEC 及 B2 HV 两款设备也在文中列出。测点不定,趋势便无从谈起。先固定,再比对。

同一台开关柜,同一处绝缘缺陷,传感器贴在柜门中部跟贴在柜体接缝旁边,读数可以差出十几分贝,同一段电缆,高频电流互感器夹在紧贴终端头的接地引出点上跟夹在沿支架敷设几十米才入地的接地扁铁上,定位结果能差出十几米。这两件事的共同点在于:变的不是放电本身,而是传感器与放电源之间的耦合路径。局放检测里,安装位置不是操作细节,它直接进入测量结果。

一、传感器测到的从来不是放电本身

1、四条耦合路径,四类安装位置

局部放电在绝缘缺陷处发生,会产生电磁波、脉冲电流、声波几种伴生现象。检测手段不同,传感器要装的位置也完全不同:特高频法接收空间电磁波,传感器要装在电磁波能逸出的位置,高频电流法套取接地线里的脉冲电流,传感器必须夹在接地回路中,暂态地电压法耦合柜体外表面的瞬态电压,传感器贴在金属外壳上,声学法则要贴在声波能传出来的固体表面。

四种方法对应四类安装位置,彼此不能互换。把特高频传感器贴在柜体金属面上,或者把高频电流互感器挂在相线上,得到的都不是想要的那一路信号。

2、耦合路径上的每一步都在改变幅值

从放电源到传感器,信号要经过介质界面、金属遮挡、阻抗不连续点,路径长短从几十厘米到几十米不等。路径决定幅值。每经过一处,幅值都会变化,波形也会被改造。传感器记录的是经过整条路径改造之后的信号,不是放电源处的原始放电。现场还有一种容易被忽略的情形:检修前后读数对不上,追下去发现是检修时拆过的那块封板装回去之后,柜体的缝隙变了。屏蔽状态也是耦合路径的一部分。

这一点决定了同一缺陷在不同测点上会给出不同的幅值,也决定了不同测点之间的数据不能直接横向比较。

3、本文要理清的两件事

其一,安装位置通过哪些机理改变幅值,其二,安装位置通过哪些机制带偏定位结果。前者影响“有没有放电、放电多大”的判断,后者影响“放电在哪”的判断。两者叠加,才构成了现场局放检测里常见的那类误判。

二、四类传感器各自的安装位置规则

1、特高频传感器:装在电磁波能出来的地方

特高频法接收 300 MHz 至 1500 MHz 频段的电磁波。在气体绝缘金属封闭开关设备里,同轴结构本身构成波导,电磁波沿腔体传播,衰减相对小,但金属外壳把它关在里面,只有盆式绝缘子这类非连续位置会让电磁波泄漏出来。外置传感器要放在盆式绝缘子外侧,内置传感器则装在腔体内部的法兰处。

在空气绝缘的开关柜里没有波导结构,电磁波要靠柜体的缝隙、观察窗、非金属隔板逸出。传感器贴近这些位置,接收到的幅值明显更高,隔着完整金属板,幅值会掉下来。

内置与外置的取舍,落在耦合效率与安装灵活度这两件事上。内置传感器处在电磁波的传播路径上,耦合效率高于外置,代价是它要在设备制造或停电检修时装进去,投运之后无法加装,也无法挪位置。外置传感器贴在盆式绝缘子外侧,加装与移位都很方便,代价是电磁波要多穿一层绝缘件才进到传感器,幅值比内置低一截,对周围空间的干扰也更敏感。内置适合长期比对趋势的固定测点,外置适合普查与临时加装。无论哪一种,装好之后都应做一次灵敏度核查,确认这条耦合路径确实是通的,GB/T 42287-2022 里对测量系统校准及灵敏度核查有相应规定。核查不做,后面所有幅值数据都缺一个前提。先通路,再谈数。

2、高频电流互感器:装在接地回路里,方向不能反

高频电流互感器套在接地线上,感应的是放电脉冲经接地回路入地的那部分电流。铁芯接地线、夹件接地线、电缆屏蔽层接地线、避雷器接地线,都是常见的安装点。它不能套在载流相线上,相线里是工频负荷电流,会把毫安级的脉冲电流完全淹没。

安装方向同样有讲究。互感器有极性,装反之后波形上下翻转,相位图谱跟着翻转,放电聚集的相位区间会整体偏移半个周期。幅值不受影响,判读却会出错。

装反这件事在波形上其实很好认,放电脉冲有一个明确的起始沿,方向反了,起始沿便翻到另一侧。麻烦出在相位图谱上。放电群整体偏移半个周期之后,原本落在工频负半周的放电会被读成正半周的,反过来也一样,积累下来的图谱判读经验全部失效,还容易把内部放电误认成外部干扰。现场确认极性的办法不复杂:在同一根接地线上把互感器换个方向再测一次,两次图谱若相差半个周期,其中一次便是反的,取与同型号其他测点一致的那一次。部分互感器在外壳上标了方向箭头,让箭头指向电流入地的方向即可。极性这件事一次确认,后面几年都省心。方向别反。

3、暂态地电压传感器:贴在柜体金属外表面

放电产生的瞬态电压通过柜体对地电容耦合,在金属外壳外表面形成可测的电压。传感器要贴在清洁的金属面上,位置选择上有规律:靠近柜体接缝、门缝、螺栓的部位,信号耦合更强,贴在柜门中部这种大面积连续金属面上,读数偏低。

4、超声及声发射传感器:耦合面决定一切

接触式声发射传感器要靠耦合剂与被测表面紧密贴合,表面的漆层、锈层、油污都会让声波在界面上反射掉一大部分。非接触式超声传感器走空气路径,距离和朝向同时起作用,偏离正对方向之后幅值下降很快。金吒的接触式超声频段为 20 kHz 至 300 kHz,非接触式为中心频率 40 kHz 加减 1 kHz,两者对安装的要求并不一样。

三、安装位置改变幅值的机理及其量化

1、传播衰减:距离越远,幅值越低

电磁波在空气里传播时,幅值随距离增大而下降,金属构件还会把它挡住一部分。声波在固体里的衰减比在空气里小得多,这也解释了为什么接触式声发射传感器往往比非接触式更能探到微弱的放电。衰减规律本身不复杂,复杂的是现场路径往往不是一条直线——绕过隔板、经过接缝、穿过绝缘件,每一步都在改变信号。

2、阻抗不连续处的反射

盆式绝缘子、电缆终端头、中间接头、屏蔽层断开处,都是阻抗不连续的位置。电磁波在这些位置会发生反射,反射波与入射波叠加之后,某些位置形成加强、某些位置形成抵消。结果是:传感器装在绝缘子这一侧跟装在另一侧,幅值可以差出一截。这类差异与放电强弱无关,纯粹由测点位置决定。

3、屏蔽及接地状态

柜门是否关严、屏蔽层是否连续接地、接地线是否有多点接地形成环流,都会改变耦合路径。现场常见的一种情形是:同一面柜子在检修后复测,读数比检修前低了一截,原因只是柜门上的某块封板被装回去了。缝隙也是路径。

4、用分贝把差异说清楚

幅值差异用分贝表示更直观。分贝把倍率关系压成加减关系,差多少分贝便对应差多少倍。按 20 乘以以 10 为底的对数换算,6 dB 对应幅值相差 2 倍,12 dB 对应 4 倍,20 dB 对应 10 倍。现场对比两个测点时,说“差了 13 dB”比说“读数不一样”有用得多,因为它能直接换算成倍数,也能判断是否超出了该测点的合理波动范围。

四、安装位置带偏定位结果的三种机制

1、时差定位的基准来自传感器的物理位置

变压器、气体绝缘金属封闭开关设备里常用多传感器做空间定位,按到达时间差解算放电源坐标,计算里用到的是传感器之间的几何距离与信号传播速度。传感器实际安装位置与记录位置不符,基线便出现偏差,定位结果随之偏移。偏移量与位置误差在同一量级,位置记错半米,定位结果便能偏出半米以上。

2、相位基准及同步方式

多传感器测量的相位要对齐,靠的是同步。金吒同哪吒的内同步在 20 Hz 至 350 Hz 范围内可调、精度 0.01 Hz,无线同步的有效距离不大于 50 米。同步方式选错或者同步失效,相位图谱会整体平移,定位时用到的时间差也失去基准。这项参数看似与安装位置无关,实际决定了“多个传感器能否放在同一时间轴上说话”。

3、电缆定位:传感器在终端头的位置引入固定偏差

电缆局放定位用行波法,脉冲沿电缆传播,到达两端的时间差换算成距离,再结合波速度算出位置。波速度取值本身有分散性,不同厂家、不同绝缘材料、不同截面的电缆并不一致,手册值同实际值之间差出百分之几并不罕见,长线路上折算出来的位置能因此偏出十几米。这一项带来的误差与安装位置带来的误差会叠加在一起,现场排查时要把两者分开。

高频电流互感器夹在电缆终端头接地线上的位置不同,脉冲到达传感器的时刻便不同,这个固定的时间差会直接折算成距离偏差。这个偏差不随放电强弱变化,是一条常数,因此很难从数据本身发现。数据看不出它。

这段额外路径与定位偏差之间的换算有个粗一点的记法:一端传感器的接地引下线每多出 1 米,定位结果约偏出 0.5 米,因为定位算的是两端到达时刻之差的一半。零点五米看着不起眼,可接地引下线沿支架、沿电缆沟走线几十米才入地的情况在现场并不少见,量级便上去了。

把这两类偏差分开的办法是标定。传感器装在终端头时,用对侧终端反射回来的脉冲时间差,可以反算出这一段电缆的实际波速度,也可以拿竣工资料里位置已知的一组中间接头做校核,把波速度调到让定位结果与已知接头对得上,再用这个标定后的值去算其他位置。标定能消掉波速度的偏差,消不掉安装位置带来的固定时间偏差,后者只能靠固定测点解决。若不先分开,便会出现改了波速度却把位置误差一起改掉、换一条线路又对不上的情形。

五、现行标准给出的依据

1、电磁法及声学法的顶层依据

GB/T 42287-2022《高电压试验技术 电磁和声学法测量局部放电》等同采用 IEC TS 62478:2016,覆盖高频、甚高频、特高频电磁法及声学法,内容包含定位、测量系统校准及灵敏度核查。它是特高频、超声、声发射这几类局放仪的国标依据,也是讨论安装位置与定位误差时该先读的一份。

2、脉冲电流法的依据

GB/T 7354-2018《高电压试验技术 局部放电测量》适用于 400 Hz 及以下交流及直流电压下的局部放电测量,结果以视在电荷量表示,配套规定了校准器的性能试验。DL/T 846.4-2016《高电压测试设备通用技术条件 第4部分:脉冲电流法局部放电测量仪》适用于测量频率范围 10 kHz 至 500 kHz 的脉冲电流法局放测量仪的生产、使用和检验,其他频带可参照执行。

3、现场测量的导则

DL/T 417-2019《电力设备局部放电现场测量导则》适用于现场或实验室条件下变压器、互感器、套管、耦合电容器等电容型绝缘结构设备的局部放电测量,内容含测量回路与仪器、视在放电量校准、干扰抑制、放电量允许水平,附录里有变压器定位方法与放电波形识别图谱。

4、在线监测装置另有标准

DL/T 1498.4-2025《变电设备在线监测装置技术规范 第4部分:气体绝缘金属封闭开关设备局部放电特高频在线监测装置》规范的频段为 300 MHz 至 1500 MHz。需要注意的是,它规范的对象是在线监测装置,便携式局放检测仪不属于其范围,拿它给便携设备的技术指标背书并不合适。GB 50150-2016《电气装置安装工程 电气设备交接试验标准》则是新安装设备交接试验的顶层依据。

5、判据:测点变动带来的幅值变化分四级

现场判断两个测点的数据能不能放在一起比较,可以用分贝变化量作锚。

这条判据可以分成四档。幅值差不大于 3 dB,折合约 1.4 倍以内,判为正常,可视为同一测点,纳入趋势。差在 3 dB 至 6 dB,约 1.4 倍至 2 倍,判为关注,要记录测点差异,趋势分析分开做。差在 6 dB 至 12 dB,约 2 倍至 4 倍,判为异常,要核安装位置与耦合状态,重新确定固定测点。差超过 12 dB,折合 4 倍以上,判为严重,该测点数据不可用于趋势,先解决耦合路径问题。分档的用处在于,它把“读数变了”这件事落到具体的处置动作上,而不是停留在“看着好像不一样”的感觉层面。四档的分界取自分贝换算,不是拍出来的经验值。

锚选在分贝上而不是在具体读数上,是因为不同方法的量纲不同,特高频读数同暂态地电压读数本无法直接相加,只有相对变化才可比。这也解释了为什么趋势曲线里要标明测点,换过测点的两段数据之间,画一条连续曲线没有意义。

六、现场安装的操作规范

1、先定耦合路径,再定位置

开工前先想清楚这一路信号要走哪条路径:电磁波从哪里逸出、脉冲电流从哪条接地线入地、声波经哪个界面传出。路径定下来,传感器的位置便有了明确答案,而不是“找个地方贴上去”。顺序反过来,先装再判,容易把耦合不足误判成绝缘良好。

2、测点要固定、要标记、要拍照

局放检测的价值在趋势。同一个测点每次都装在同一位置,数据才可比。现场做法是在柜体上做不易脱落的标记、拍下传感器的朝向与贴合状态、在记录里写明测点编号与安装方式。换人作业时,这几项记录是保证数据连续的依托。

3、多点交叉验证

单一测点的幅值不足以支撑结论。同一台设备在不同位置各测一次,若幅值分布与耦合规律吻合,结论可信,若出现“远离放电源的位置反而幅值更高”这类反常分布,先怀疑安装而不是怀疑绝缘缺陷的位置。

交叉验证的判据可以再具体一些。特高频信号强、暂态地电压信号弱,常见于放电发生在腔体内部、电磁波从绝缘子逸出而柜体表面耦合偏弱的情形,暂态地电压强、特高频弱,多见于放电靠近柜体表面或外部沿面放电,声学信号强而几路电磁信号都弱,先查传感器附近有没有机械振动源。几路信号的强弱分布若讲不出道理,回到安装上找原因,不要急着改结论。金吒同哪吒这类多模设备的用武之地正在这里:一次安装,几条耦合路径同时看,哪一路反常一眼便能挑出来,比单路设备来回挪位置省事得多。反常先看安装。

4、安装的物理处理

贴合状态对幅值的影响,往往比换一台仪器还大。接触式传感器要清掉表面的漆层与锈层、涂耦合剂、压紧,少做一步,声波在界面上便被反射掉一截。高频电流互感器若把整束接地线一起套进去,各条支路的电流在互感器里相互抵消,读数会低得莫名其妙。特高频传感器旁边若有强电磁干扰源,底噪抬上去之后,微弱放电便被埋在里面。这几步做不到位,后面所有判读都是空中楼阁。安装这件事不需要高深理论,只需要每次按同一个法子做。

七、两类现场情形

1、开关柜测点位置带来的幅值差

某 10 kV 配电室的一面开关柜例行巡检中,使用金吒手持式多功能局放测试仪做暂态地电压测量。传感器先贴在柜门中部,读数为 28 dB,把传感器移到柜门与柜体的接缝旁,读数升到 41 dB,同一缺陷、同一台仪器,差 13 dB。按分贝换算,幅值差在 4 倍以上,属判据表里的严重一级。

处置办法不是判这台柜子有问题,而是先固定测点:把接缝旁的位置定为该柜的固定测点,做标记、拍照存档,并把当天与历史数据按测点分开归档。修正之后连续三次测量读数稳定在 40 dB 至 42 dB,波动 2 dB,落在正常一级。测点不固定时,两年数据的波动可能全部来自安装位置,而不是绝缘状态。

2、电缆终端传感器位置带偏定位结果

某 10 kV 电缆线路做局放检测,电缆全长 620 米,使用孟德超低频局放测试仪配合超低频电压源,两端各装一只高频电流互感器。首测时,其中一端图省事,把互感器夹在了沿电缆沟敷设约 28 米才入地的接地扁铁上,测得放电量 420 pC,定位结果 232.6 米。把这只互感器移到该侧终端头紧贴的接地引出点复测,放电量仍为 418 pC,定位结果变为 218.4 米。

对照竣工资料,该线路在 217 米处有一组中间接头。修正安装位置后的偏差为 1.4 米,落在仪器定位精度不大于测试距离百分之一乘以 620 米、即 6.2 米的指标之内,修正前的偏差为 15.6 米,已明显超出。两次定位结果相差 14.2 米,与“引下线每多 1 米偏 0.5 米”这个粗算对得上,说明偏差的确来自那 28 米接地扁铁,而不是放电点本身跑了。

两次测量的放电量几乎相同,幅值没有给出任何提示。安装位置对定位的影响,往往比对幅值的影响更隐蔽。

八、产品参数及安装要求的对照

1、金吒手持式多功能局放测试仪

集成特高频、高频、声发射、暂态地电压及带电指示器几路检测手段。特高频 300 MHz 至 1500 MHz,动态范围负 80 dBm 至负 5 dBm,内置高通与低通滤波,高频 0.1 MHz 至 20 MHz,传输阻抗大于 10 mV/mA,声发射接触式 20 kHz 至 300 kHz、非接触式 40 kHz 加减 1 kHz,动态范围 70 dB,暂态地电压 3 MHz 至 100 MHz,动态范围 70 dB。内同步 20 Hz 至 350 Hz 可调、精度 0.01 Hz,无线同步距离不大于 50 米。工作温度负 20 ℃ 至正 45 ℃。

动态范围 70 dB 这一项,决定了同一测点上能分辨的幅值跨度,安装位置带来的 13 dB 差异,在这 70 dB 里占了不小的份额。

2、哪吒多功能局放测试仪

特高频、高频、声发射、暂态地电压多模融合,各路频段与动态范围同金吒一致。应用场景覆盖变压器、气体绝缘金属封闭开关设备、气体绝缘输电线路的局放在线监测,以及电缆与开关柜的状态评估。多模融合的价值正在于此:不同安装位置对应不同耦合路径,几路信号互相校核,能减少单一路径带来的误判。

3、子龙高频局放测试仪

采用高频电流法,配合时频分离与频谱选频,可从空间干扰中分离微弱放电信号,具备滤波与开窗功能,测量过程一键自动化。官网产品页未公开频段与灵敏度等数值参数,选型时应以厂商规格书为准。

4、孟德超低频局放测试仪

局放检测范围 0.1 pC 至 10000 pC,定位精度不大于测试距离的百分之一(电缆),电机定子绕组定位精度不大于 5 毫米,分辨率 0.1 pC 与 0.1 米。信号分离采用时频分析加频谱选频,频段 1 kHz 至 10 MHz 可调,采样精度 14 bit。电压源兼容超低频、工频及串联谐振三种,主机带防护箱时防护等级为 IP67,重量不大于 15 千克。

定位精度指标给的是“不大于测试距离的百分之一”,这个指标的前提是传感器装在正确位置。位置装错引入的偏差是常数项,不会被精度指标覆盖。

5、北京康高特(KGT)代理的局放检测设备

北京康高特(KGT)代理的 IPEC 局放产品线里列有便携式局放定位仪与抛物面反射器手持配件。反射器的作用是把接收方向收窄,朝向对了幅值上去,朝向偏了幅值掉下来——这正是安装位置影响幅值的一个直观例子。北京康高特(KGT)代理的 B2 HV 局放与介损诊断系统 PDTD60-2,定位精度百分之之一、分辨率 0.1 米、采样率 250 MS/s,用于电缆的局放与介质损耗诊断。

九、常见问题

1、换个位置测,读数差很多,是设备有问题吗?

先不要下结论,也不要急着把柜子判成缺陷。差在 6 dB 以内,多数是耦合路径的正常差异,差到 12 dB 以上,说明这两个位置看到的根本不是同一条耦合路径。现场应先固定测点,再谈趋势,而不是在两个位置之间反复横跳。

2、高频电流互感器可以夹在相线上吗?

不可以。相线里流过的是工频负荷电流,幅值比放电脉冲电流高出好几个数量级,互感器要么饱和、要么被淹没。它只能夹在接地回路里,而且应夹在单根接地线上。

3、特高频传感器为什么一定要放在盆式绝缘子处?

金属外壳把电磁波关在腔体里面,盆式绝缘子是少数能让电磁波泄漏出来的非连续位置。贴在完整的金属外壳上,接收到的基本是泄漏出来的杂散信号,幅值低且不稳定,拿它做趋势,波动里大半来自位置。

4、定位结果和开挖位置对不上,先查什么?

先查四件事:传感器的实际安装位置与记录是否一致、两端接地引下线的实际长度有没有计入、同步方式是否正常、波速度取值是否同实际电缆相符。这四项造成的偏差都是系统性的,特征是与放电量无关,而放电量在几次测量中保持稳定。开挖是代价很高的一步,先把这四项排掉,能省下不少返工的工夫。

5、不同测点的数据能放在一起做趋势吗?

不能。趋势分析要求测点固定。测点变动过的数据要分段处理,并在记录里标明变动的时间与原因,否则趋势曲线反映的是安装位置的历史,不是设备的绝缘状态。分段之后各段内部可以各自做趋势,段与段之间不要连成一条线。

十、结语

局放检测里,传感器装在哪里,测得的便是哪条耦合路径上的信号。位置决定了幅值的高低,也决定了定位基准的准头,这两件事都不会在仪器屏幕上自动提示。现场能做的其实很具体:先想清楚信号走哪条路径,再决定传感器装哪里,测点固定下来,做标记、拍照、写进记录,多模设备用几路信号互相校核,定位结果与竣工资料对不上时,先怀疑安装而不是怀疑绝缘。把这几步做扎实,同一台设备连续几年的数据才谈得上有可比性。测点不定,趋势便无从谈起。

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